WO2004076781A1 - Vorrichtung zur errichtung einer windenergieanlage - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage, die einen aus mehreren übereinander angeordneten Segmenten bestehenden Turm, aufweist, der auf einem Fundament angeordnet ist, mit einer Hubeinrichtung die so ausgebildet ist, dass in ihr ein mindestens ein Segment aufweisender Turmabschnitt anordenbar ist, der mittels der Hubeinrichtung soweit anhebbar ist, dass ein weiteres Segment darunter anordenbar und mit diesem verbindbar ist, sowie einer Justiereinrichtung, die eine Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht, wobei die Hubeinrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung aufweist, sowie Hubübertragungsmittel, die zur Übertragung eines Kraftangriffs der Antriebseinrichtung mit dem unteren Segment des anzuhebenden Turmabschnitt verbindbar sind, und eine im Bereich des Fundaments anordenbare Bodengruppe, zur Befestigung des neu zu installierenden Segments wobei die Hubeinrichtung mehrere Antriebseinrichtungen aufweist und in der Bodengruppe Aufnahmepunkte für diese Antriebseinrichtungen vorgesehen sind, die Hubübertragungsmittel aus mindestens zwei, verschiebbar angeordneten Hubbrücken bestehen, die den Kraftangriff von jeweils gegenüberliegenden Antriebseinrichtungen auf den Turmabschnitt übertragen, sowie zwischen den Antriebseinrichtungen anordenbare Verstrebungen vorgesehen sind, die in Verbindung mit den Antriebseinrichtungen und den Hubbrücken einen, auf der Bodengruppe anordenbaren Gitterrahmen mit ausreichender Eigensteifigkeit zur Aufnahme der beim Anheben des Turmabschnitts auftretenden Lasten ausbilden, und dass weiterhin die Justiereinrichtung aus einem Lageaufnehmer besteht, der die Ausrichtung des Turmabschnitts ermittelt, und einer mit dem Lageaufnehmer und den Antriebseinrichtungen gekoppelten Steuerungseinrichtung, die eine lotrechte Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht.

Description

Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbau einer Windenergieanlage.

Eine Windenergieanlage besteht im allgemeinen aus einem, auf einem Fundament angeordneten Turm, einer auf dem Turm angeordneten Gondel (Maschinenhaus), einer drehbar an der Gondel angeordneten Rotornabe sowie in der Regel drei an der Rotornabe montierten Rotorblättern, wobei der Turm sich aus mehreren Segmenten, die übereinander angeordnet sind, zusammensetzt.

Bei bekannten Verfahren zur Errichtung einer Windenergieanlage wird zu Beginn der Montage das unterste Segment auf dem Fundament angeordnet und mit diesem verbunden, wobei das Segment dabei entsprechend seiner späteren Anordnung im Turm ausgerichtet ist. Anschließend werden nacheinander alle Segmente des Turms übereinander angeordnet und befestigt. Nachdem der Turmaufbau beendet ist, wird die Gondel auf dem Turm angeordnet und befestigt. Daran anschließend wird die Rotornabe drehbar an der Gondel angeordnet. Abschließend werden die Rotorblätter an der Rotornabe montiert.

Im allgemeinen werden Windenergieanlagen gemäß dem beschriebenen Verfahren mit Kränen aufgebaut. In der Regel sind hierzu mindestens zwei Kräne für den Aufbau erforderlich, wobei ein großer Kran zum Anheben und ein kleiner Kran zum Transport der Bauteile benötigt wird.

Die Entwicklungsgeschichte der Windenergieanlagen zeigt, daß die Anlagen immer größere Abmessungen aufweisen. So sind Turmhöhen von 100 m bei Windenergieanlagen heutzutage keine Seltenheit mehr. Bei solchen Turmhöhen ist jedoch die Errichtung sehr problematisch, da hierfür besondere Kräne erforderlich sind, die so ausgelegt sein müssen, daß sie die Bauteile der Anlage in diese Höhen anheben können. Solche Kräne sind aufgrund ihrer besonderen Auslegung extrem teuer.

Hinzu kommt, daß der Bodenbereich (Gründung) um die aufzustellende Windenergieanlage bestimmten Anforderungen genügen muß, damit ein Kran aufgestellt und betrieben werden kann. Zum Beispiel muß der Boden relativ eben sein. Zusätzlich muß der Boden fest genug sein um das Gewicht eines Krans zu tragen. Ist dies nicht der Fall ist, müssen zusätzlich Fundamentplatten für den Kranvorgesehen werden, wodurch zusätzliche Aufbaukosten für eine Windenerigeanlage entstehen.

Ein weiteres Problem bei dem bekannten Verfahren ist, daß bei ungünstigen Wetterverhältnissen die Errichtung der Anlage nicht oder nur sehr schwer möglich ist. Besonders bei starken Windböen gestaltet sich der Aufbau sehr schwierig, da das Anordnen der einzelnen Bauteile mittels eines Krans an der entstehen- den Anlage mit zunehmender Turmhöhe immer schwieriger wird.

Ein neueres Verfahren zur Errichtung von Windenergieanlagen ist aus der DE 101 11 280 AI bekannt. Bei diesem Verfahren erfolgt der Aufbau des Turmes dadurch, dass jeweils ein bereits installierter Turmabschnitt, der mindestens aus einem Segment besteht mittels einer Hubvorrichtung dergestalt angehoben wird, dass ein neu zu installierendes Segment unter dem Turmabschnitt anordenbar und mit dem Turmabschnitt verbindbar ist. Das Anordnen der Gondel und der Rotornabe erfolgt entweder bereits zu Beginn der Montage oder während der Montage. Die Anordnung der Rotorblätter erfolgt jedoch erst, wenn der Turmabschnitt eine Höhe erreicht hat, die ein Anordnen der Rotorblätter an der Rotornabe eπnöglicht.

Wie aus der DE 101 11 280 AI bekannt, ist es erforderlich, bei der Errichtung von Windenergieanlagen mit grossen Abmessungen zusätzlich Seilabspannungen vorzusehen, um einen stabilen Stand der Anlage zu gewährleisten. Diese Seilabspannungen können weiterhin auch zur lotrechten Ausrichtung des Turms herangezogen werden.

Der Einsatz von Seilabspannungen weist jedoch diverse Nachteile auf. So müssen beispielsweise für die Seilabspannungen zusätzliche Fundamente vorgesehen werden, damit die während des Abspannvorgangs auftretenden Zugkräfte entsprechend aufgenommen werden können. Zusätzlich sind komplizierte Abspannvorrichtungen erforderlich, um die Seilspannung während des Hubvorgangs entsprechend nachzuführen. Weiterhin erhöht sich die erforderliche Hubkraft zum Anheben des Turmabschnitts aufgrund der anliegenden Seilspannung. Zudem handelt es sich bei Seilabspannungen um schwingungsanfällige Systeme, die aufgrund komplexer Seilschwingungen nur schwer zu kontrollieren sind. Dies hat zur Folge, dass der Aufbau der Windenergieanlage insbesondere bei Auftreten von starken Winden sofort unterbrochen werden muss, da eine ausreichende Stabilität während des Hubvorgangs nicht mehr gewährleistet werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage zu schaffen, mit der in einfacher Weise auch bei ungünstigen Wetterverhältnissen die Errichtung möglich ist und die darüber hinaus auch kostengünstig ist.

Gelöst wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Hubeinrichtung auf, die so ausgebildet ist, das in ihr ein mindestens ein Segment aufweisender Turmabschnitt anordenbar ist, der mittels der Hubeinrichtung so weit anhebbar ist, dass ein weiteres Segment darunter anordenbar ist, sowie eine Justiereinrichtung, die eine Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht.

Zur Huberzeugung weist die erfindungsgemäße Hubeinrichtung mehrere Antriebseinrichtungen auf. Weiterhin weist die Hubeinrichtung zur Befestigung des neu zu installierenden Segments eine Bodengruppe auf, die im Bereich des Fundaments anordenbar ist, wobei die Bodengruppe zusätzlich Aufnahmepunkte zur Befestigung der Antriebseinrichtungen aufweist. i

Zur Übertragung des Kraftangriffs der Antriebseinrichtungen sind Hubübertragungsmittel mit dem anzuhebenden Turmabschnitt verbindbar, wobei die Hubübertragungsmittel aus mindestens zwei, verschiebbar angeordneten Hubbrücken bestehen, die den Kraftangriff von jeweils gegenüberliegenden Antriebseinrichtungen auf den Turmabschnitt übertragen. Zusätzlich sind zwischen den Antriebseinrichtungen anordenbare Verstrebungen vorgesehen, die in Verbindung mit den Antriebseinrichtungen und den Hubbrükken einen, auf der Bodengruppe anordenbaren Gitterrahmen mit ausreichender Eigensteifigkeit zur Aufnahme der beim Anheben des Turmabschnitts auftretenden Lasten ausbilden.

Die erfindungsgemäße Justiereinrichtung besteht aus einem Lageaufnehmer, der die Ausrichtung des Turmabschnitts ermittelt, sowie einer mit dem Lageaufnehmer und den Antriebseinrichtungen gekoppelten Steuerungseinrichtung, die eine lotrechte Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht.

Bei heutigen Windenergieanlagen handelt es sich um Bauten großer Höhe auf deren oberen Ende zusätzlich ein großes Gewicht lastet, das aus einer Gondel, in der die zur Umwandlung der Windenergie in elektrische Energie erforderlichen Einrichtungen wie Getriebe, Generator und Umrichter angeordnet sind, sowie Rotornabe und Rotorblättern besteht. Um aus Stabilitätsgründen eine möglichst gleichmäßige Gewichtsverteilung zu erreichen, ist es erforderlich, den Turm möglichst lotrecht ausgerichtet aufzustellen.

Die Ausrichtung einer Windenergieanlage ist insbesondere auch dann von großer Wichtigkeit, wenn die Windenergieanlage mit Hilfe eines Verfahrens, wie es in der DE 101 11 280 AI beschrieben wird, errichtet werden soll, da die Hubein- richtung während des Hubvorgangs die Aufgabe des Fundaments übernehmen muss.

Mit der erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich die Windenergieanlage während des Aufbauvorgangs anzuheben und auszurichten, wobei der Hubvorgang und der Vorgang der Ausrichtung nur über die Hubeinrichtung erfolgt und keine aufwendigen Zusatzeinrichtungen, wie z. B. Seilabspannungen, notwendig sind .

Bei der vorliegenden Erfindung ist, wie oben bereits erwähnt, die Antriebseinrichtung so aufgebaut, dass sie mehrere Antriebseinrichtungen aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass die Hubkraft nicht punktuell in einem Bereich des anzuhebenden Turmabschnits, sondern um dem anzuhebenden Turmabschnitt verteilt angreift.

Dabei bietet das Vorsehen mehrere Antriebseinrichtungen unter anderem den Vorteil, dass die Antriebseinrichtungen über die Steuerungseinrichtung getrennt voneinander betätigbar sind. Dies kann vorteilhaft zur Ausrichtung der Windenergieanlage ausgenutzt werden.

Über den Lageaufnehmer kann die momentane Ausrichtung des Turmabschnitts ermittelt werden. Die ermittelten Werte werden an die Steuerungseinrichtung übermittelt. Weist die zu errichtende Windenergieanlage eine Ausrichtung auf, die vorher festgelegten Stabilitätskriterien widerspricht, so kann die Steuerungseinrichtung auf die einzelnen Antriebseinrichtungen zugreifen, um durch min- males Anheben oder Absenken der entsprechenden Antriebseinrichtung eine den Stabilitätskriterien entsprechende Ausrichtung der Windenergieanlage zu erreichen.

In vorteilhafter Weise wird bei der Errichtung der Anlage der Lageaufnehmer, mit dem die Ausrichtung der Baueinheit überwacht wird, an einem Segment angeordnet. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird der Lageaufnehmer zu Beginn der Montage an dem obersten Segment angeordnet, so daß er sich während der Montage mit dem Turm in die Höhe bewegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zusätzlich so ausgebildet, dass die Hu- beinrichtung in der Lage ist, die Aufgabe des Fundaments auch bei starkem Wind zu übernehmen.

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, mit denen Gittermasttürme für Hochspannungsleitungen erhöht werden können. Dabei wird der gesamte Turm mittels der Vorrichtung so weit angehoben, daß ein weiteres Turmsegment darunter anordenbar und mit dem Turm verbindbar ist. Solche Vorrichtungen sind zum Beispiel aus den japanischen Veröffentlichungen JP 59-213871 und JP 59-55963 bekannt.

Die JP 59-55963 zeigt eine Vorrichtung, die an den vier Ecken des Turms Hubeinrichtungen aufweist. Der Gittermastturm wird mittels der Hubeinrichtungen soweit angehoben, daß ein weiteres Gittermastturmsegment darunter anordenbar und mit diesen verbindbar ist.

Auch die JP 59-213871 zeigt eine Vorrichtung zum Anheben eines Gittermastturms. Dabei weist die Vorrichtung ebenfalls vier auf dem Fundament des Turms angeordnete Hubeinrichtungen auf, wobei der Kraftangriff der Hubeinrichtungen über mindestens zwei mit dem Turm und der Hubeinrichtungen verbundene Hubbrücken erfolgt und weiterhin Mittel vorgesehen sind, die eine Anpassung der Vorrichtung an die horizontale Turmbreite ermöglichen.

Die bekannten Vorrichtungen sind erkennbar nur für die Handhabung relativ leichter Gittermasttürme gedacht und benötigen darüber hinaus entweder aufwendige zusätzliche Fundamente, besonders hohe Hubeinrichtungen, mit denen eine zusätzliche Stabilisierung des Gittermastturmes realisiert wird, oder, bei Nutzung von bestehenden Gittermastsegmenten zur Lastabtragung, eine entsprechende Auslegung dieser Segmente zur Aufnahme der zusätzlichen Lasten. Vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, daß jeweils eine Baueinheit bestehend aus dem wachsenden Turmabschnitt gemeinsam mit der aufgesetzten Gondel anhebbar ist, wobei die Vorrichtung eine Bodengruppe zur Befestigung an dem Fundament aufweist, auf der die Antriebseinrichtungen anorden- und befestigbar sind, sowie zwischen den Antriebseinrichtungen anordenbare Verstrebungen, die in Verbindung mit den Antriebseinrichtungen und den Hubbrücken einen, auf der Bodengruppe anordenbaren Gitterahmen mit ausreichender Eigensteifigkeit zur Aufnahme der beim Anheben der Baueinheit bzw des Turmabschnitts auftretenden hohen Lasten ausbilden.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Aufbau der Vorrichtung wird nur die Bodengruppe an dem Fundament befestigt, wobei die Befestigung am Fundamentstiel oder auf einem zusätzlichen Bereich (Kopfplatte) erfolgen kann. Dies bietet den Vorteil, daß die Bodengruppe die Aufgabe des Fundaments übernehmen kann und alle zusätzlichen Bauteile der Vorrichtung auf der Bodengruppe anorden- und befestigbar sind.

Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels Antriebseinrich- tungen, Hubbrücken und Verstrebungen als auf der Bodengruppe anordenbaren eigensteifen Gitterrahmen, bietet den Vorteil, daß kein zusätzliches Fundament und keine zusätzlichen Abspannungen erforderlich sind.

Zusätzlich bietet der Aufbau der Vorrichtung den Vorteil, daß sich alle großen Bauteile (Gondel, Rotornabe, Rotorblätter) der Windenergieanlage außerhalb des Gitterrahmens der Vorrichtung befinden, womit sich gute Montagemöglichkeiten für diese Bauteile ergeben.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Verstrebun- gen jeweils zwei einander kreuzende Diagonalverstrebungen sein, die an jeweils zwei Antriebseinrichtungen angeordnet werden.

Die Ausbildung der Verstrebungen als Diagonalverstrebungen und deren Anordnung zwischen zwei Antriebseinrichtungen stellt eine weitere Möglichkeit dar, die beim Anheben eines Turmabschnitts auftretenden Kräfte aufzunehmen. Das Vorsehen der Diagonalverstrebungen bietet darüber hinaus aber auch noch den zusätzlichen Vorteil, dass weiterhin auch die, um die Vertikalachse der Windenergieanlage auftretenden Torsionskräfte aufgenommen werden können, die zum Beispiel aufgrund starker Windböen, die gegen die auskragenden Rotorblätter drücken, entstehen.

Die Aufnahme dieser Torsionskräfte war mit den bekannten Vorrichtungen bislang nur durch zusätzlich vorzusehene Abspanneinrichtungen, besonders hoch ausgebildete Hubeinrichtungen oder aufwendige (zusätzliche) Fundamente möglich. Die erfmdungsgemäße Ausgestaltung bietet gegenüber dem Stand der Technik den wesentlichen Vorteil, dass sie vollständig ausgesteift ist und im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen die Aufnahme aller auftretenden Kräfte ermöglicht.

Die Segmente des Turms einer Windenergieanlage bestehen im allgemeinen aus Stahl- oder Betonrohren. Aufgrund der wachsenden Anlagenhöhe muß zwangsweise auch der Turm stärker dimensioniert ausgelegt werden. Dies hat zur Folge, daß auch der Turmdurchmesser damit zunimmt. Bei den derzeitigen Anlagenhöhen liegt der unterste Turmdurchmesser noch unter 4 m. Turmsegmente aus Stahl- oder Betonröhren können nur als kompaktes Stückgut transportiert werden. Bisher ist dies noch kein Problem, da Stückgüter bis zu 4m Höhe noch unter Brücken hindurch transportierbar sind. Es ist abzusehen, daß ein Turmdurchmesser von weniger als 4 m in nächster Zeit nicht mehr ausreichend sein wird. Es ist daher vorteilhaft, den Turm einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 2 als Gittermastturm auszubilden, der mindestens drei Eckstiele aufweist. Ein Gittermastturm besteht ebenfalls aus mehreren Segmenten (Schüssen), die übereinander anordenbar sind. Ein Schuß besteht jedoch aus mehreren Stahlbauteilen, die in einfacher Weise zum Aufstellungsort der Anlage transportiert und erst dort zusammengesetzt werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Eckstiele des Gittermastturms auf dafür vorgesehenen Einzelfundamenten angeordnet. Einzelfundamente bieten den Vorteil, das für deren Erstellung weniger Beton benötigt wird als auch für ein Fundament in Form einer Bodenplatte. Zusätzlich ist auch der Bodenbereich, der entsprechend versiegelt werden muß geringer.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Bodengruppe in Form eines Trägerkreuzes auszubilden, das die Einzelfundamente miteinander verbindet. Diese Ausgestaltung bietet zum Beispiel den Vorteil, dass für die Ausbildung der Bodengruppe als Trägerkreuz wesentlich weniger Material erforderlich ist als für die Ausbildung beispielsweise einer Bodenplatte.

Während der Errichtung der Windenergieanlage gibt es einen Zeitpunkt, bei dem die Hubeinrichtung zum Herunterfahren der Hubbrücken von dem Turmabschnitt gelöst werden muss. Der bis dahin errichtete Windenergieanlage muss dann für eine bestimmte Zeit selbständig stehen können. Zu diesem Zeitpunkt sind in der Regel die Abmessungen der Turmsegmente aber noch nicht so groß, dass die Segmente mit den Einzelfundamenten verbindbar sind, um auf diese Weise einen stabilen Stand zu erreichen. Um einen stabilen Stand der Anlage zu erreichen, könnte beispielsweise der Boden zwischen den Einzelfundamenten entsprechend präpariert werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägerkreuz so dimensioniert, dass das es die Funktion des Fundaments übernehmen kann. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der mit dem neu zu installierenden Segment verbundene Turmabschnitt auf diese Weise über das Trägerkreuz eine fundamentähnliche Befestigung erhält, wenn die Hubeinrichtung zum Zwek- ke des Herunterfahrens der Hubbrücken nicht mehr mit dem Turmabschnitt verbunden ist.

Damit die Windenergieanlage auch bei schlechten Wetterverhältnissen (insbesondere starkem Wind) weiter aufgebaut werden kann, sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung für die Anordnung des neu zu installierenden Segments in dem Trägerkreuz Befestigungspunkte vorgesehen, über die das Segment an dem Trägerkreuz befestigt wird.

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Aufnahmepunkte für die Antriebseinrichtung an den äußeren Enden des Trägerkreuzes angeordnet sind. Gemäß dieser Ausgestaltung erfolgt ein Kraftangriff der Antriebseinrichtungen von aussen an den Turmabschnitt, wodurch zwischen den Antriebseinrichtungen genügend Raum zur Anordnung eines neu zu installierenden Segments geschaffen wird.

Gemäß weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung ist das Trägerkreuz so ausgebildet, dass nach Fertigstellung des Turms die Eckstiels des untersten Turmsegments mit dem entsprechenden Einzelfundament verbindbar sind und das weiterhin das Trägerkreuz nach Fertigstellung des Turms so zerlegbar ist, dass das Trägerkreuz aus dem Bereich des Fundamentes entfernbar ist. Das Trägerkreuz kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass es im Bereich des Einzelfundaments eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die das im Fundament eingelassene Verbindungsstück ragt, mit dem die Eckstiele des untersten Turmsegments bei der Fertigstellung des Turms verbunden werden. Die Durchgangsöffnung kann aber auch die Form einer Aussparung aufweisen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, dass das Trägerkreuz nach der Fertigstellung des Turms in einfacher Weise demontiert werden kann. Aus Stabilitätsgründen kann die Aussparung während des Turmaufbaus mit einer Platte geschlossen werden, die vorteilhafter Weise so dimensioniert, dass die durch die Aussparung bedingte Schwächung des Trägerkreuzes ausgeglichen werden kann.

Bevorzugt weist die Hubeinrichtung einen Spindelantrieb mit einem Trapezgewinde auf. Diese Antriebsform bietet den Vorteil, daß sie einen sehr einfachen Aufbau mit großen Kraftübertragungsmöglichkeiten aufweist. Weiterhin ist ein Trapezgewinde selbsthemmend, so daß keine zusätzlichen Bremsen notwendig sind. Ein weitere großer Vorteil dieser Antriebsform ist, daß sie genau einstellbar und damit gut steuerbar ist. Ein weiterer grosser Vorteil dieser Antriebsform ist, dass die Hubhöhe über die Grossen "Anzahl der Umdrehungen" und "Gewindesteigung" sehr genau steuerbar ist.

Wie oben bereits erwähnt, sind die horizontalen Abmessungen des Turmes von oben nach unten nicht gleich ausgebildet, sondern der Turm ist in der Regel so ausgebildet, dass er sich von oben nach unten erweitert. Es ist daher vorteilhaft gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Hubeinrichtung Mittel zur Anpassung an die horizontale Turmbreite aufweisen.

Bei den Mitteln zur Anpassung kann es sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um Querbrücken handeln, die auf den Hubbrücken angeordnet sind. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin- düng können die Querbrücken beispielsweise mittels horizontal angeordneter Antriebe, zum Beispiel stufenlos verfahren werden. Gleichzeitig kann der horizontale Antrieb so ausgebildet sein, dass die Querbrücken in den gewünschten Position über die Antriebe arretierbar sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können an den Querbrücken Turmaufnehmer angeordnet sein, über die die Befestigung des Turmsegments mit der Hubeinrichtung erfolgt, wobei die Turmaufnehmer zusätzlich so ausgebildet sein können, das sie die evtl. vorhandenen unterschiedlichen Neigungen verschiedene Turmsegmente in vertikaler Ausrichtung kompensieren können.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind, beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht auf eine Windenergieanlage mit einem Turm aus

Stahl oder Betonrohren

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf eine Windenergieanlage mit einem

Gittermastturm

Fig. 3 eine Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage

Fig. 4 die Vorrichtung der Fig. 3 mit einer zum Teil errichteten Windenergieanlage

Die Fig 1 zeigt eine Frontansicht auf eine Windenergieanlage mit einem Turm 1, bestehend aus mehreren Segmenten 2, wobei die Segmente zum Beispiel aus Stahl- oder Betonrohren sind. Auf dem Turm 1 ist eine Gondel 3 angeordnet. An der Gondel 3 ist eine Rotornabe 4, an der drei Rotorblätter 5 montiert sind, dreh- bar angeordnet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung einer Windenergieanlage ist der Turm als Gittermastturm 20 ausgebildet. Der Gittermastturm 20 ist auf vier Mastfundamenten 21, die in dem Boden eingelassen sind, angeordnet und befestigt.

Der Gittermasturm 20 besteht ebenfalls aus mehreren Segmenten (Schüsse) 22, wobei ein Schuss 22 aus mehreren Stahlbauteilen 23 zusammengesetzt ist. Auf dem Turm ist eine Gondel 3 mit einer drehbar gelagerten Rotornabe 4 angeordnet, an der drei Rotorblätter 5 montiert sind.

Die Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage, wobei die Vorrichtung für den Aufbau eines Gittermastturmes gemäß Fig. 2 ausgebildet ist.

Die Vorrichtung weist eine Bodengruppe 32 auf, die an den vier Mastfundamenten 21, auf denen später der Turm angeordnet ist, befestigt ist, wobei die Bodengruppe 32 in Form eines Trägerkreuzes ausgebildet ist. Auf dem Trägerkreuz sind Befestigungspunkte 33 ausgebildet, an denen ein Schuß befestigbar ist. Da die Form der Türme in der Regel konisch ausgebildet sind, weisen die einzelnen Schüsse unterschiedliche Grundflächen auf. Aus diesem Grund sind auf der Bodengruppe 32 auch mehrere Befestigungspunkte 33 vorgesehen, so daß jeder Schuss auf der Bodengruppe befestigbar ist.

Die vier Enden des Trägerkreuzes weisen Aufnahmepunkte 34 auf, die außerhalb des Fundamentes liegen. In den Aufhahmepunkten 34 sind Säulen 35 montiert. Zwischen zwei nebeneinanderliegenden Säulen 35 sind im oberen Bereich Querverstrebungen 36 befestigt. Des weiteren sind zwischen zwei nebeneinander liegenden Säulen 35 jeweils zwei einander kreuzende Diagonalverstrebungen 37 angeordnet, wobei eine Diagonalverstrebung 37 so angeordnet ist, daß sie mit ihrem einen Ende an dem oberen Bereich einer Säule 35 und mit ihrem anderen Ende an dem unteren Bereich der anderen Säule 35 befestigt ist.

Jede Säule 35 beinhaltet eine vertikale Antriebseinrichtung (nicht dargestellt). Bei der Ausgestaltung der Antriebseinrichtung können mehrere Antriebe in Betracht kommen, zum Beispiel hydraulischer Antrieb, Spindelantrieb, Zahnstange oder Seilzug.

Zwischen den Antriebseinrichtungen der Säulen 35 sind zwei Hubbrücken 38 angeordnet, die mittels der Antriebseinrichtungen der Säulen 35 in vertikaler Richtung verfahrbar sind. Auf den Hubbrücken sind zwei Querbrücken 39 verschiebbar angeordnet. Die Querbrücken 39 sind so ausgebildet, daß die Segmente oder Schüsse an ihnen besfestigbar sind. Die Verschiebung der Querbrücken 39 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel durch horizontal angeordnete (nicht dargestellte) Spindelantriebe. Die verschiebbare Ausgestaltung der Querbrücken 39 bietet den Vorteil, daß die Vorrichtung in einfacher Weise an Segmente oder Schüsse mit unterschiedlichen Grundflächen angepaßt werden kann.

In der Fig 4 ist die Vorrichtung der Fig. 3 mit einer teilweise errichteten Windenergieanlage dargestellt. In der Vorrichtung ist ein Schuss 22 angeordnet, der auf dem Bodengruppe 32 befestigt ist. Auf dem Schuss 22 sind bereits weitere Schüsse 22 sowie die Gondel 3, die Rotornabe 4 und die Rotorblätter 5 angeordnet.

Im Bodenbereich der Vorrichtung ist zusätzlich eine Einfahrvorrichtung 40 vorgesehen, über die die Schüsse in der Vorrichtung in einfacher Weise anordenbar sind. Diese kann zum Beispiel in Form von Schienen ausgebildet sein, wie in den Fig 3 und 4 dargestellt. Die Einfahrvorrichtung kann aber auch andere Ausfüh- rungsformen aufweisen, wie beispielsweise eine Einfahrrampe.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Vorrichtung zusätzlich Arbeitsplattformen aufweisen, die an den Querbrücken angebracht sein können, so daß sie sich mit den Querbrücke in vertikaler Richtung bewegen. Die Arbeitsplattformen bieten den Vorteil, daß das Zusammenfügen der einzelnen Bauteile durch das Montagepersonal unter werkstattähnlichen Bedingungen erfolgen kann.

Im folgenden soll ein Ausfuhrungsbeispiel des Verfahrens zur Errichtung einer Windenergieanlage anhand der Fig 3 und 4 erläutert werden

Zu Beginn der Montage befinden sich die Hubbrücken 38 in ihrer unteren Position, so daß die Gondel 3, an der bereits die Rotornabe 4 angeordnet ist auf den Querbrücken 39 angeordnet und befestigt werden kann. Mittels der Antriebseinrichtungen in den Säulen 35 werden die Hubbrücken 38 und damit die auf den Querbrücken 39 befestigte Gondel 3 so weit angehoben, daß der oberste Schuss 22 des Gittermastturm 20 darunter anordenbar ist.

Dann wird der oberste Schuss 22 über die Einfahrvorrichtung 40 auf die Bodengruppe 32 der Vorrichtung gefahren, dort abgesetzt und darauf befestigt. Die Hubbrücken 38 werden so abgesenkt, daß die Gondel 3 und der oberste Schuss 22 miteinander verbunden werden können, wobei Gondel 3 und oberster Schuss 22 eine Baueinheit bilden.

Zusätzlich wird am ersten Schuss 22 ein Lageaufnehmer (nicht dargestellt) befestigt. Der Lageaufnehmer wird beim Aufbau der Anlage gemeinsam mit dem ersten Schuss hochgehoben und hat die Aufgabe die lotrechte Ausrichtung der Baueinheit zu überwachen. Der Lageaufnehmer ist mit einer nicht dargestellten Lagejustierung verbunden. Stellt der Lageaufnehmer fest, daß die Ausrichtung der Baueinheit nicht mehr lotrecht ist, übermittelt er das der Lagejustierung und diese korrigiert die Ausrichtung der Baueinheit mittels der Antriebseinrichtungen dergestalt, daß die in den Antriebseinrichtungen angeordneten Spindelantriebe entsprechend weiter ein- oder ausgefahren werden, bis die lotrechte Ausrichtung der Baueinheit wieder gegeben ist.

Wenn die Gondel 3 und der oberste Schuss 22 miteinander verschraubt sind, werden die Querbrücken 39 von der Gondel 3 gelöst und nach außen verschoben. Die Baueinheit steht jetzt fest verbunden auf der Bodengruppe 32 und muß nicht mehr von der Vorrichtung gehalten werden.

Die Hubbrücken 38 werden nach unten gefahren. Anschließend werden die Querbrücken 39 seitlich verschoben, bis sie am Mastschuß 22 anliegen und mit diesem befestigbar sind. Dann wird die Befestigung zwischen dem Mastschuss 22 und der Bodengruppe 32 gelöst.

Die Hubbrücken 38 werden wieder nach oben gefahren. Damit wird die Baueinheit in die vorgegebene Höhe transportiert. Dabei wird die lotrechte Ausrichtung der Baueinheit mittels des Lageaufnehmers permanent überwacht. Ist die Neigung der Baueinheit nicht mehr lotrecht, erfolgt eine sofortige Korrektur der Ausrichtung mittels der Lagejustierung.

In den nachfolgenden Schritten werden gemäß der oben beschriebenen Verfahrensweise weitere Schüsse unter der Baueinheit angeordnet bis die Baueinheit eine Höhe erreicht hat, die ein freies Montieren der Rotorblätter ermöglicht. Es werden dann die Rotorblätter mit Hilfe eines Krans an der Rotornabe montiert.

Anschließend werden in weiteren Schritten gemäß der oben beschriebenen Ver- fahrensweise weitere Schüsse 22 unter der Baueinheit und den Rotorblättern befestigt, bis der Gittermastturm seine endgültige Turmhöhe erreicht und die Windenergieanlage fertiggestellt ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung ist insbesondere für die Anwendung eines Verfahrens geeignet zur Errichtung einer Windenergieanlage, die im fertigen Zustand einen auf einem Fundament angeordneten Turm, der aus mehreren übereinander angeordneten Segmenten besteht, eine auf dem Turm angeordnete Gondel (Maschinenhaus), einer an der Gondel drehbar angeordneten Rotornabe sowie mindestens ein an der Rotornabe montiertes Rotorblatt aufweist wird in einem ersten Schritt ein mindestens aus einem Segment bestehender Turmabschnitt in Einbauausrichtung mittels Antriebseinrichtungen soweit angehoben, daß ein nächstes Segment darunter anordenbar ist. Dabei ist unter der Einbauausrichtung eine Ausrichtung des Segments zu verstehen, wie es im eingebauten Zustand im Turm angeordnet ist.

In einem zweiten Schritt wird das nächste Segment unter dem Turmabschnitt angeordnet und mit dem darüber befindlichen Segment des Turmabschnitts verbunden. In den nachfolgenden Schritten wird das Anheben des Turmabschnitts, das Anordnen eines jeweils nächsten Segments darunter und das Verbinden des Segments mit dem wachsenden Turmabschnitt solange wiederholt, bis der Turm eine gewünschte Höhe erreicht hat, wobei die Gondel auf den Turmabschnitt vor Erreichen der endgültigen Höhe aufgesetzt wird.

Wesentliches Merkmal des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglichen Verfahrens ist, dass die Gondel auf dem Turm angeordnet wird, bevor dieser seine endgültige Höhe erreicht hat. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann dies bei einer Turmhöhe erfolgen, bei der für das Aufsetzen der Gondel noch ein Standardkran ausreichend ist. Mit diesem Verfahren kann die Errichtung des Turm sowie die Anordnung der Gondel in, im Vergleich zur Endhöhe des Turmes, geringer Höhe erfolgen. Eine Montage ist damit anders als bei bekannten Verfahren auch bei ungünstigen Witterungsbedingungen möglich.

Der in dem ersten Schritt angehobene Turmabschnitt kann zum Beispiel das oberste Segment des Turms sein. Dies bietet den Vorteil, daß die gesamte Anlage sozusagen von "oben nach unten" errichtet wird. Denkbar ist allerdings auch, daß zu Beginn der Montage zum Beispiel die ersten drei Segmente des Turmes mittels eines Krans aufgebaut werden und- zusammen einen anhebbaren Turmabschnitt bilden.

Vor dem ersten Schritt des Verfahrens können der aus dem obersten Segment bestehende Turmabschnitt und die Gondel miteinander zu einer Baueinheit verbunden werden, und diese Baueinheit in dem ersten Schritt mit der Gondel nach oben weisend lotrecht angehoben werden. Dabei kann die Gondel mittels einer Hebe- und Haltevorrichtung über dem Fundament angeordnet werden, das Segment unterhalb der Gondel angeordnet, die Gondel mittels der Vorrichtung auf dem Segment abgesetzt und mit diesem verbunden werden.

Weiterhin kann in einem nächsten Schritt das Rotorblatt ebenfalls vor Erreichen der endgültigen Turmhöhe an der Rotornabe montiert werden. Es bietet sich an, die Montage der Rotorblätter bei Erreichen einer Höhe der Baueinheit durchzuführen, die ein Ansetzen aller Rotorblätter an die Nabe ermöglicht. Bei Anlagen mit zwei Rotorblättern kann die Montage in unmittelbarer Bodennähe erfolgen. Weist die zu errichtende Windenergieanlage z.B. drei Rotorblätter auf, erfolgt die Montage der Rotorblätter ab einer Höhe der Baueinheit, bei der im eingebauten Zustand ein Rotorblatt vertikal nach oben weisend und die anderen beiden ent- sprechend einer 60°-Anordnung nach unten weisend angeordnet werden können.

Gemäß des oben gesagten kann somit eine Windenergieanlage errichtet werden, bei der die Montage aller Bauteile in einer im Vergleich zur endgültigen Anlagenhöhe geringen Montagehöhe ermöglicht wird. Für den Gesamtaufbau der Anlage ist daher nur noch ein Kran erforderlich, der im Vergleich zu einem Kran für bekannte Verfahren, wesentlich kleiner sein kann, wodurch sich Kosteneinsparungen ergeben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1) Vorrichtung zur Errichtung einer Windenergieanlage (1), die einen aus mehreren übereinander angeordneten Segmenten (2, 22) bestehenden Turm, (1, 20) aufweist, der auf einem Fundament (21) angeordnet ist, mit einer Hubeinrichtung die so ausgebildet ist, dass in ihr ein mindestens ein Segment (2, 22) aufweisender Turmabschnitt anordenbar ist, der mittels der Hubeinrichtung so weit anhebbar ist, dass ein weiteres Segment (2, 22) darunter anordenbar und mit diesem verbindbar ist, sowie einer Justiereinrichtung, die eine Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht, wobei die Hubeinrichtung mindestens eine Antriebseinrichtung aufweist, sowie Hubübertragungsmittel, die zur Übertragung eines Kraftangriffs der Antriebseinrichtung mit dem unteren Segment des anzuhebenden Turmabschnitt verbindbar sind, und eine im Bereich des Fundaments (21) anordenbare Bodengruppe (32), zur Befestigung des neu zu installierenden Segments (22), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Hubeinrichtung mehrere Antriebseinrichtungen aufweist und

- in der Bodengruppe (32) Aufnahmepunkte (34) für diese Antriebseinrichtungen vorgesehen sind,

- die Hubübertragungsmittel aus mindestens zwei, verschiebbar angeordneten Hubbrücken (38) bestehen, die den Kraftangriff von jeweils gegenüberliegenden Antriebseinrichtungen auf den Turmabschnitt übertragen, sowie

- zwischen den Antriebseinrichtungen anordenbare Verstrebungen (36, 37) vorgesehen sind, die in Verbindung mit den Antriebseinrichtungen und den Hubbrücken (38) einen, auf der Bodengruppe (32) anordenbaren Gitterrahmen mit ausreichender Eigensteifigkeit zur Aufnahme der beim Anheben des Turmabschnitts auftretenden Lasten ausbilden, und

- dass weiterhin die Justiereinrichtung aus einem Lageaufnehmer besteht, der die Ausrichtung des Turmabschnitts ermittelt, und einer mit dem Lageaufnehmer und den Antriebseinrichtungen gekoppelten Steuerungseinrichtung, die eine lotrechte Ausrichtung des Turmabschnitts ermöglicht.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstrebungen unter anderem jeweils zwei einander kreuzende Diagonalverstrebungen (37) sind, die zwischen zwei Antriebseinrichtungen angeordnet sind.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm ein Gittermastturm (20) ist, der mindestens drei Eckstiele (23) aufweist.

4) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eckstiele (23) des Turms auf dafür vorgesehenen Einzelfundamenten (21) anordenbar sind.

5) Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodengruppe in Form eines Trägerkreuzes (32) ausgebildet ist, das die Einzelfundamente (21) miteinander verbindet.

6) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerkreuz (32) so dimensioniert ist, das es die Funktion des Fundaments (21) übernehmen kann. 7) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerkreuz (32) weiterhin mehrere Befestigungspunkte (33) aufweist zur Befestigung unterschiedlich großer Segmente .

8) Vorrichtung nach Anspruch 4, dass die Aufnahmepunkte für die Antriebseinrichtungen an den äusseren Enden des Trägerkreuzes (32) angeordnet sind.

9) Vorrichtung nach Anspruch nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerkreuz (32) so ausgebildet ist, das nach Fertigstellung des Turms die Eckstiele (23) des untersten Turmsegments mit dem entsprechenden Einzelfundament (21) verbindbar sind.

10) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung des Turms das Trägerkreuz (32) so zerlegbar ist, dass es aus dem Bereich des Fundamentes (21) entfembar ist.

11) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtungen jeweils einen Spindelantrieb aufweisen.

12) Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindelantrieb ein Trapezgewinde aufweist.

13) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einfahrvorrichtung (40) aufweist, über die ein Segment (2, 22) in der Vorrichtung anordenbar ist.

14) Vorrichtung nach Anspruch 1, dass Einzelteile oder vorab montierte Gruppen des Segments über Hilfsmittel in der Vorrichtung anordenbar sind und in der Vorrichtung miteinander verbindbar sind. 15) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung Mittel zur Anpassung an die horizontale Turmbreite aufweisen.

16) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Anpassung auf den Hubbrücken angeordnete Querbrücken (39) sind.

17) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Querbrücken (39) mittels horizontal angeordneter Antriebe verfahrbar sind.

18) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe so ausgebildet sind, dass die Querbrücken über die Antriebe arretierbar sind.

19) Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an den Querbrücken zur Befestigung eines Turmsegments verfahrbare Turmaufnehmer vorgesehen sind.

20) Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Turmaufnehmer so ausgebildet sind, dass sie an die, in vertikaler Ausrichtung unterschiedlichen Neigungen verschiedener Turmsegmente anpassbar sind.